Distribución

CATEDRATICO: CATEDRATICO: M CM C RICARDO ARICARDO A CAVAZOS GZZCAVAZOS GZZM.CM.C. . RICARDO A. RICARDO A. CAVAZOS GZZCAVAZOS GZZricardo.cavazosgzz@uanl.edu.mxricardo.cavazosgzz@uanl.edu.mx

Un sistema de distribución esta formado por una red de tuberías y a su vez esta se compone de tuberías de alimentación, principales y secundarias. Líneas de alimentación.- cuando la red trabaja por

d d l lí d li ió d lgravedad, la línea de alimentación parte del tanque de regularización y termina en el lugar donde se hace la primera derivación. Cuando el sistema es por bombeo directo a la red con excedencias alpor bombeo directo a la red con excedencias al tanque, las líneas de alimentación se originan en las estaciones de bombeo y terminan en la primera intersecciónintersección.

Tuberías primarias.- en el sistema de malla son las tuberías que forman los circuitos localizándose a distancias de entre 400 y 600 metros.distancias de entre 400 y 600 metros.

La red secundaria no se calcula hidráulicamentehidráulicamente.

Las tuberías secundarias son de 75 ó 100 mm de diámetro mínimo.E l lid d b l d En localidades urbanas populares pueden usarse 60 ó 50 mm de diámetro.

Los tipos de válvulas comúnmente utilizadas en l d d d b ó l dlas redes de distribución son las de compuerta, de expulsión de aire y de retención.

En general se utilizan 3 válvulas de compuertas g pen tuberías donde concurren cruces y 2 en todas las tés.

La principal función de estas válvulas es aislar p psub.-secciones del sistema para reparaciones y mantenimiento.

Tuberías secundarias.- son las tuberías restantes ocupadas para cubrir el área derestantes ocupadas para cubrir el área de proyecto.

Tomas domiciliarias.- es la parte de la red por la cual los habitantes tienen agua en supor la cual los habitantes tienen agua en su propio terreno. Se recomiendan diámetros de 13 a 19 mm

En las tuberías de alimentación y en las primarias el diámetro esta en función del gasto máximo horario.gasto máximo horario.

El diámetro mínimo es de 100 mm pero en colonias populares se aceptan 75 mm y en zonas rurales 50 mmzonas rurales 50 mm.

Las tuberías pueden ser de fibrocemento A-5, PVC y polietileno.y p

En los puntos bajos de la red para desagüe y en l i i l l ál l d l iólos sitios altos se colocan válvulas de expulsión de aire; las válvulas de retención se ocupan para limitar el flujo de agua en una dirección.para limitar el flujo de agua en una dirección.

En los cruceros con válvulas debe construirse una caja adecuada para su operación, en función del diámetro, número de válvulas y su ubicación.

El buen funcionamiento de un sistema de di t ib ió j b l idistribución se juzga con base en las presiones disponibles para un gasto especificado.

Las presiones deben ser lo suficientemente paltas para cubrir las necesidades de los usuarios, pero no excesivas para evitar daños a la red interior de los edificios y elevar losla red interior de los edificios y elevar los costos.

Además de que incrementar demasiado la ió d f l i lipresión nos puede causar fugas, lo que implica

un costo no recuperable.

Z P ió di ibl (K / 2)Zonas Presión disponible (Kg/cm2)

Residencial de 2a 1 5 a 2Residencial de 2a. 1.5 a 2

Residencial de 1a. 2 a 2.5Residencial de 1a. 2 a 2.5

Comercial 2.5 a 4

Industrial 3 a 4

En el proyecto las presiones resultantes l l l ió l i l d lse calculan con relación al nivel de la

calle en cada crucero de las tuberías primarias.L ió í i d b d 15 La presión mínima debe ser de 15 mca y máxima de 50 mca.

En las localidades donde presentan fí

pcambios bruscos de topografía, es común dividir el sistema de distribución en dos o mas zonas de servicio, una de

ó l d b,

presión alta y otra de baja. En cuanto a la velocidad de flujo en la

red, para diseño se recomienda partir de , p pvalores comprendidos entre1.2 y 1.8 m/s, los cuales se ajustaran en cada caso particular.p

Para el diseño de la red de distribución, se ,debe disponer de un plano topográfico de la población de escala 1:2000 con curvas de nivel d idi t i d l l d d d 0 5d equidistancia de los alrededores de 0.5 m o por lo menos con cotas en las intersecciones de las calles.

Se debe seguir el siguiente procedimiento:S di id l i d d d di ib ió di d Se divide la ciudad en zonas de distribución, atendiendo las mismas en residencial, comercial e industrial.

Se procede a un trazado tentativo, que tenga un conducto principal, que se ramifique para conducir el agua a cada zona.

Se determina el coeficiente de gasto por metro de Se determina el coeficiente de gasto por metro de tubería, dividiendo el gasto máximo horario entre la longitud virtual de toda la red. La longitud virtual solo se ocupara para definir el gasto que pasara por cadase ocupara para definir el gasto que pasara por cada tubería, es decir el gasto propio.◦ Para líneas de alimentación Lvirtual = 0

◦ Para tuberías que abastecen de aguas a predios a un solo lado de la línea: Lvirtual Lreala un solo lado de la línea: Lvirtual = Lreal◦ Para tuberías que abastecen de agua predios a

ambos lados de la línea: Lvirtual = 2Lrealq = Qmh / ε Lvirtual (coeficiente de gasto por

metro de tubería) Se numeran los cruceros que se tengan en la red. Se numeran los cruceros que se tengan en la red. Se calculan los gastos propios de cada tramo de

la red: Qpropio = q * L virtual.Se efectúa el calculo de los gastos acumulados Se efectúa el calculo de los gastos acumulados para cada tramo de tubería, comenzado por el mas distante al depósito de regularización.

Se determina el diámetro de los distintos tramos del conducto, usando el gasto acumulado. d = (4Q/πV)½( Q/ )

Se determina el nudo de la red con presión mas desfavorable Se desconsideran puntos de presióndesfavorable. Se desconsideran puntos de presión desfavorable:◦ Los mas distantes del tanque regularizador.

L d d i l t áfi lt◦ Los nudos de nivel topográfico mas alto◦ Los mas distantes y mas altos simultáneamente.

Se procede a situar las válvulas de seccionamiento.p Una vez terminado el diseño, se procede a dibujar

el plano definitivo de la red de distribución, donde debe aparecer:debe aparecer:◦ Diámetros y longitudes◦ Piezas de conexión, válvulas, etc.

En cada nudo un circulo con los datos: cota◦ En cada nudo, un circulo con los datos: cota piezométrica, cota del terreno y carga disponible en ese orden.

Se hace una lista de diámetros y longitudes de tuberíatubería.

Se hacen planos a detalle de conexiones en los cruces de la calle.cruces de la calle.

Considérese el diseño de una red abierta para un f i i tfraccionamiento.

Datos:Datos:Población de proyecto 8000 habitantesDotación 150 l/hab./díaCVD = 1.2CVH = 1.5Carga disponible por crucero = entre 15 y 40Carga disponible por crucero = entre 15 y 40

mca

En la primera etapa de construcción, el tanque “L ill d R ” d á i i l“Lagunillas de Rayon” dará servicio solamente a la zona de Axochiapan I, pero se ha contemplado construir la zona Axochiapan II cncontemplado construir la zona Axochiapan II cn capacidad para 9000 habitantes en una segunda etapa. Por esta razón, el tramo 1-2 d b á d l bl ó l (deberá diseñarse para la población total (8000 + 9000 = 17000 habitantes).

Se instalara tubería de fibro-cemento.

Tramo de A

Crucero Long. Real (m)

Long. Virt. Propios Habs. Tributa.

Totales

1 2 3 415 a 14 15 150 300 649 0 64914 a 12 14 100 200 432 649 106112 a 9 12 200 400 864 1061 194613 a 11 13 200 200 432 0 43211 a 9 11 150 300 649 432 106111 a 9 11 150 300 649 432 106110 a 9 10 150 300 649 0 6499 a 6 9 300 600 1297 3676 49738 a 6 8 200 400 865 0 8657 a 6 7 100 200 432 0 4326 a 3 6 250 500 41061 6270 73516 a 3 6 250 500 41061 6270 73515 a 3 5 200 200 432 0 4324 a 3 4 100 100 216 0 2163 a 2 3 400 0 0 7999 7999

A-II a 2 - - 0 0 9000 90002 a 1 2 500 0 0 16999 16999

Gasto l/s

Diámetro Hf (m) Cotas Carga dispTeórico Comercial Piezo Tereno

5 6 7 8 9 10 115 6 8 9 02.81 2.14 2.5 1.128 151.08 136 15.084.69 2.77 3.0 .798 152.21 135 17.218 45 3 72 4 0 1 17 153 01 130 23 018.45 3.72 4.0 1.17 153.01 130 23.011.87 1.75 2.02 2.09 150.81 135 15.814.69 2.77 3.0 1.19 152.9 136 16.092.81 2.14 2.5 1.12 153.06 135 18.0621.58 5.94 6.0 1.38 154.18 130 24.183.75 2.47 2.5 2.56 153 138 151.87 1.75 2.0 1.04 154.52 137 17.5631.90 7.22 8.0 .58 155.56 130 25.561 87 1 75 2 0 2 09 154 05 137 17 051.87 1.75 2.0 2.09 154.05 137 17.05.94 1.24 2.0 .29 155.85 138 17.85

34.72 7.54 8.0 .064 156.14 130 26.1439.06 7.99 8.0 - - - -73.78 10.99 12.0 .75 157.23 130 27.23

Columna 1.- se indica la longitud virtual correspondiente al tramo.correspondiente al tramo.

Columna 2.- se indican los habitantes propios para cada tramo, estos se calculan dividiendo los habitantes totalescalculan dividiendo los habitantes totales entre la longitud virtual total y multiplicándolos por la longitud virtual de cada tramo.de cada tramo.

Columna 3.- recorriendo la tubería en sentido contrario al flujo, los habitantes tributarios son los que se tienen hastatributarios son los que se tienen hasta antes del tramos.

Columna 4.- es la suma de cada renglón de la columna 2 mas la 3de la columna 2 mas la 3.

Columna 5.- se calcula el gasto de cada tramo, multiplicando los habitantes por la dotación entre 86400 y por el CVD y ella dotación entre 86400 y por el CVD y el CVH.

Columna 6.- se calcula el diámetro teórico.C l 7 d d t bl i di l Columna 7 con ayuda de tablas, se indica el diámetro comercial

Columna 8.- Se indica la perdida de cargas p gcalculada por la fórmula de Hazen y Williams

Columna 9.- Localizando el crucero mas desfavorables se le asigna una cargadesfavorables, se le asigna una carga disponible de 15m. A la cual se le sumara la cota de terreno y se obtendrá la cota i é i A i dpiezométrica. A partir de este punto se

sumaran o se restaran las perdidas de carga para obtener las cotas piezométricas.p p

Columna 10.- Se indica la cota del terreno de cada crucero.

Columna 11.- se indica la carga disponible para el crucero, esto restando la cota piezométrica de lacrucero, esto restando la cota piezométrica de la del terreno.

Si en algún punto tenemos menos de 15m de carga quiere decir que equivocamos el punto másquiere decir que equivocamos el punto más desfavorable, por lo cual se tendría que elevar el tanque lo suficiente para que todas las cargas sean mayores que 15mayores que 15.

Para realizar los planos, se utiliza la simbología que se ha mostrado en las diapositivas anteriores dependiendo de las piezas que se estén utilizandodependiendo de las piezas que se estén utilizando.

Y encada crucero se anota en un circulo, la cota del terreno, la piezométrica y la carga disponible.

Un ejemplo de estos planos se presenta a continuación:

Para diseñar una red en malla se deben seguir los siguientes pasos:siguientes pasos:◦ Obtener un plano topográfico del área, con escala

1:2000 con curvas de nivel a cada 0.5m o con t l i t i d l llcotas en las intersecciones de las calles.

◦ Basado en la topografía seleccionar la ubicación de los tanques de regularización.◦ Disponer de un esqueleto de red de distribución

en malla que muestre las líneas de alimentación.◦ Estimar el gasto máximo horario para cada área y g p y

sub.-área, teniendo en cuenta el crecimiento a futuro.

◦ Asignar una dirección al flujo en las tuberías g jy calcular el gasto propio que pasa por cada tramo de tubería utilizando el criterio de longitud virtual, ya descrito.longitud virtual, ya descrito.◦ De forma ficticia, suponer interrupciones en

la circulación en algunos tramos para formar una red abierta para definir perfectamenteuna red abierta, para definir perfectamente cuál tubería alimenta a otras, así se delimitan los puntos de equilibrio.◦ Acumular los gastos propios calculados en

sentido contrario al escurrimiento, partiendo de los puntos de equilibrio.de los puntos de equilibrio.◦ Estimar el diámetro de las tuberías con el

gasto acumulado de cada tramo.

◦ Analizar los gastos y presiones en la red de di ib iódistribución.◦ Ajustar el diámetro para corregir

irregularidades de presión en la redirregularidades de presión en la red.◦ Con los diámetros ajustados, reanalizar la

capacidad hidráulica del sistema.◦ Añadir las tuberías secundarias.◦ Localizar las válvulas necesarias.

l l l l d f l d l◦ Realizar los planos con los datos finales del proyecto.

El propósito de esto es estimar los gastos y la di t ib ió d ió i ddistribución de presión asociada que se desarrolla dentro del sistema.

Existen distintos métodos para esto:p◦ Relajación◦ Tubería equivalente

Seccionamiento◦ Seccionamiento◦ Método del círculo◦ Análisis en computadora digitalp g◦ Analogía eléctrica

Balanceo de cargas por corrección de gastos l dacumulados:

◦ Los gastos inicialmente se van corrigiendo mediante una formula de manera iterativa, ,hasta tener un equilibrio hidráulico en la red.◦ Por convención se asignan signos positivos y

negativos para lograr esto positivos ennegativos para lograr esto, positivos en dirección a las manecillas del reloj y negativos en contra.P H Willi H / 1 85 (H/Q)◦ Por Hazen Williams: q = - εH / 1.85 ε (H/Q)◦ Las estimaciones, se realizan, hasta cumplir

con la tolerancia acordada.

Balanceo de gastos por corrección de cargas:◦ Si los gastos son desconocidos y hay varias◦ Si los gastos son desconocidos y hay varias

entradas, la distribución de gastos se determina por este método.◦ Deben conocerse las cargas de presión de

entrada y salida.El é d b id l◦ El método se basa en considerar que la suma de los gastos en un nudo es igual a cero y que los gastos de entrada y salida tienenque los gastos de entrada y salida tienen signo contrario.◦ Por Hazen Williams: h = - 1.85 εQ / ε (H/Q)

Equilibrar la red que se muestra a continuación por el método de Hardy Cross (balanceo de gastos porel método de Hardy Cross (balanceo de gastos por corrección de cargas). La tubería es de fibro-cemento.

Solución: Solución:◦ Se calcula la perdida de carga en los tramos◦ Se supone que los gastos de entrada a un nodo

tendrán signo positivo y los de salida negativo.g p y g◦ Encontrar los gastos en cada tramo con la

ecuación de Hazen-Williams con C = 140, L,H y D.◦ Encontrar la corrección h con : h = - 1.85 εQ / ε

(H/Q)

◦ Sumar algebraicamente H + h obteniendo la H1 l i h lH1, el proceso se repite hasta alcanzar una corrección tan pequeña como se quiera.◦ Encontrar la Q compensada Se hace en forma◦ Encontrar la Q compensada. Se hace en forma

arbitraria de tal manera que la suma de Q sea igual a cero.

El método de secciones fue desarrollado por ll é d á d fAllen Hazen como método rápido para verificar

que los diámetros de las tuberías de una red ya diseñada sean los correctosdiseñada sean los correctos.

Permite realizar el proyecto o el estudio d l b fde los tubos mas pequeños que forman las mallas de la red.P t l l d i l Para este calculo, se desprecia el consumo doméstico ordinario y solo se considera la demanda de incendiosconsidera la demanda de incendios.

Los tubos cortados por un círculo de 150m de radio son los que suministran150m de radio son los que suministran el agua necesaria para la extinción de insendios.

La mayor parte de las redes de distribución se analizan en la actualidad utilizando programasanalizan en la actualidad utilizando programas computacionales.

Al diseñar un programa que resuelva redes de fl j d b ti f l i i t iflujo, deben satisfacerse las siguientes ecuaciones simultáneamente a través de la red:◦ εQentrada = εQsalida◦ εH = 0◦ H = KQ^n

los programas mas complejos las ecuaciones los programas mas complejos las ecuaciones anteriores se resuelven simultaneamente utilizando matrices.

El analizador eléctrico de Mcllroy es de tipo ló ianalógico.

Requiere el uso de tubos de vacío especiales denominados fluistores, en donde la caída de ,voltaje es proporcional a 1.85 de la corriente, con lo que es análogo a la perdida de carga producida por la fricción de la tuberíaproducida por la fricción de la tubería

Por esto se pueden practicar alimentaciones y cortes de corriente equivalentes a las li t i lid talimentaciones y salidas propuestas en un

sistema de distribución y registrar los cambios de voltaje.

Asimismo, es posible estudiar los efectos de la , pimplantación de nuevas tuberías reemplazando los tubos por otros equivalentes a líneas mayores.